doctoral thesis

中央構造線(MTL; Median Tectonic Line)は、西南日本を東西に横断する延長約1000kmの断層である。愛媛県西条市付近には、MTLは三波川変成帯と和泉層群を境する構造線としての低角度な断層帯(MTLTB; MTL inactive terrane boundary)と、この断層の北側に並走する活断層としての高角度な断層帯(MTLAFZ; MTL active fault zone)がある。地表でのMTLAFZの傾斜角度を明らかにするために、川上断層を横断する延長約10m、深さ約2mのトレンチ調査を行った。また、地表部で約10mの間隔で並走する両断層の地下での接合関係と断層面の傾斜角度を明らかにするために、断層を横断する80-330mの6本のボーリング掘削を実施した。更に、より広範囲の断層構造や地盤の物性を把握するために延長1200mの反射法地震探査と延長500mの高密度電気探査を実施した。採取した断層試料を用いて断層岩の化学分析、変形構造記載、カルサイトの双晶密度の測定、断層の変形フェーズの解析を行い、低角度横ずれ断層のメカニズムや断層活動史を明らかにした。 トレンチ調査、ボーリング調査、高密度電気探査により、地表部で北方へ約70゜の角度で傾斜する川上断層が、地下で北方へ30゜の角度で傾斜するMTLTBに収れんすることが示唆され、地下のMTLTBは活断層であることが分かった。MTLTBの上盤に分布する小断層の卓越した和泉層群の比抵抗値は、主破砕帯の割れ目の少ない安山岩ブロックと推定される高比抵抗部を除き、断層下盤に分布する堅硬な三波川変成岩類の比抵抗値よりも低い値を示した。また、断層に沿って深部流体が上昇していると推定される低比抵抗帯が確認された。反射法地震探査では、MTLTBに相当する北方へ約30゜の角度で傾斜する明瞭な反射面が確認され、より深部まで断層が延長することが分かった。主破砕帯を構成する蛇紋岩中の鉱物のEPMA分析結果によると、マントル起源のマグネシオクロマイトを含むことが分かった。既往の深部地震探査の結果は、MTLの深部延長が下部地殻まで達しいることを示しているが、これにより、MTLTBの延長がマントルまで達し、蛇紋岩が断層変位とダイアピルによって表層部まで上昇してきたことが示唆された。MTLTBは断層面の傾斜角度が低角度であり、本来は横ずれ断層として動きにくいと考えられる。MTLTBの断層ガウジや主破砕帯に大量の層状珪酸塩鉱物が存在することや断層沿いの深部流体の存在は、断層のせん断強度を低下させる要因となり、低角度の断層でも横ずれ運動が可能になったと考えられる。カルサイトの双晶密度から求めたMTLTBを横断する歪み分布は断層から直線的で緩やかに低下する傾向を示し、断層のせん断強度が低下していることを示唆する。 変形フェーズの解析では、MTLTBとMTLAFZの幾何学的な特徴やそれぞれの断層と地層との接合関係、断層の変位センス等の構造地質学的特徴、古応力場の解析等に基づいて変形フェーズを古いほうからD1～D4の4つに定義した。D1フェーズはNNE-SSW圧縮の応力場の変形であり始新世中期(47 -46 Ma) 頃に断層の上盤が西方へ変位した左横ずれセンスの運動、D2フェーズはE-W伸張の応力場の変形であり中新世中期(15 -14 Ma) 頃に断層の上盤が北方へ変位した正断層センスの運動、D3フェーズはNNW-SSE圧縮の応力場の変形であり中新世中期から鮮新世後期(14-3Ma) 頃に断層上盤が南方へ変位した逆断層運動、D4フェーズはWNW-ESE圧縮の応力場の変形であり鮮新世後期から更新世前期(3-1 Ma) 以降に断層上盤が東方へ変位した右横ずれ運動である。 西南日本を横断する中央構造線沿いには多くの都市が分布しており、MTLの傾斜角度等の幾何学的な情報は、地震災害分布や地震の規模等を予測する上で重要パラメータになると考えられる。また、MTLAFZは地下数km以内の浅い深度でMTLTBに収れんすると考えられ、従来、非活動的な地質断層として考えられていたMTLTBが、将来、活断層として変位する可能性があることを示唆している。

Japan's declining birthrate and aging population are difficult to resolve in the short term, and the working-age population, which refers to the population aged 15 to 65, continues to decline. On the other hand, mental illness patients are increasing in the working age population. The medical side, which is responsible for treatment, is required to improve efficiency by reforming the way doctors work. Therefore, expectations are placed on psychotherapy performed at home for the purpose of effective treatment of the working-age population. In this study, neurofeedback, which is one of the psychological therapies, was taken up, and applied equipment development and verification were carried out for its implementation at home. In this study, as a preclinical stage, measures were verified based on measurements of general cooperators. Neurofeedback (NFB) is considered to be one of psychotherapy using electroencephalogram signals, and is a psychotherapy that visualizes one's own electroencephalogram and self-controls the visualized electroencephalogram. It is attracting attention because it is a non-drug therapy and provides neuromodulation. NFB is being investigated for many clinical applications. The target diseases are diverse, including chronic pain, ADHD, depression, and mood disorders. However, we believe that there are four tasks to ensure the effectiveness of this therapy. Task 1 is overcoming the difficulty of installing electroencephalogram electrodes. NFB is considered to be a therapy that affects the plasticity of the cranial nerves, and is a therapy that actively promotes the development of neural networks, and is expected to be highly effective if the training frequency is high. It is necessary to be able to perform it at home, and it is required that electroencephalogram electrodes can be easily installed. Therefore, we made a prototype of an electroencephalogram headset with bipolar gel electrodes, and as a result of trial verification with children, we were able to confirm the electroencephalogram signals of 30 people aged 5 to 20 years old. Analysis of the recorded electroencephalogram revealed an age-dependent left-brain tendency in β waves, etc., confirming consistency with previous findings. Task 2 is determining the brain wave derivation part of the NFB training target. For electroencephalography, lead electrodes are usually placed in the scalp, but it is difficult to place the electrodes in the scalp by yourself. There is a need to consider forehead derivation for easy EEG electrode placement at home. There are regional differences in EEG waveforms within the forehead, and it is necessary to select the most appropriate extraction site. For NFB, we explored the optimal site based on the correlation with the top of the head, which is usually the electroencephalogram derivation position. Next, we performed an EEG network analysis at the time of NFB using the EEG derived from the top of the head and the EEG derived from the optimal forehead region, and analyzed the difference in the brain network during NFB due to the difference in the derivation region. For the second task, we explored the optimal site for deriving brain waves from the forehead, and proved that NFB from the brain waves derived from this site works on the same network as NFB from the brain waves derived from the top of the head. Task 3 is a method of selecting an electroencephalogram frequency band to be derived and self-controlled in NFB therapy (training target electroencephalogram frequency band). In previous studies, the EEG frequencies targeted for NFB therapy are diverse and not standardized. Even for the same disease, various electroencephalogram frequency bands are selected and NFB is performed. A personalized frequency band decision is made according to the patient's pathology and condition. In order to make the frequency band determination method more logical, we thought it necessary to determine the electroencephalogram frequency for therapy from the comparison of the basic rhythms of healthy subjects and patients. In this study, we created an electroencephalogram basic rhythm evaluation program and collected electroencephalogram basic rhythm data from randomly selected subjects. The electroencephalogram basic rhythm evaluation program consists of 7 stages. Eyes open stage, Eyes closed stage, 0Back stage, Rest1 stage, 2Back stage, Rest2 stage, Healing Picture stage. Changes in brain waves occur due to external stimuli such as eye opening and eye closing, concentration, and relaxation. An electroencephalogram basic rhythm evaluation program was created considering multiple stimuli that affect electroencephalogram dynamics. The usefulness of this program was confirmed as a preliminary examination of the dominant fluctuation region and network analysis by topographic analysis during the execution of the electroencephalogram basic rhythm evaluation program. EEG basic rhythm brain standard program electroencephalogram measurements were carried out for 89 subjects recruited from the general public, and a database was created. Using the forehead optimally measured parts (left and right) obtained in Task 2 as electroencephalogram derivation parts, a significant difference test was performed for each electroencephalogram frequency band Power value and content rate of each stage of the electroencephalogram basic rhythm evaluation program. The α Power value increased 2.52 times when the eyes were closed, and the θ Power value increased 1.67 times during 2 Back compared to 0 Back. We examined the possibility of clinical application by analyzing the correlation between the score of the questionnaire used in clinical diagnosis and the electroencephalogram component. The questionnaires used were mainly CSI (CENTRAL SENSITIZATION INVENTORY), and POMS2 (Profile of Mood States 2). Task 4 is NFB scoring. Continuation of psychotherapy requires a score as a reward to be visualized. We compared the two scores, the time ratio score and the amplitude ratio score, analyzed the correlation between the questionnaire used in task 3 and the two scores, and examined the optimal score. In results, the frequency band that correlates better with psychological activity during NFB was suggested SMR. Some of the psychological scales included the data probably above the general average level, which might have provided hypotheses at the preclinical stage. 4 tasks were conducted to demonstrate the technical requirements and effectiveness evaluation for the practical application of cognitive psychological training NFB, which is expected to be used with high frequency at home for children to working-age adults. The technological requirements and effectiveness evaluation for the practical application of NFB are presented. This research attempted four tasks and realized the possibility of frequent NFB training at home for patients from children to productive age. As a preclinical stage, it was a study within a range that can be resolved as a stage of policy verification based on the general participant study. In the future, the efficacy of this study will be further evaluated by comparing it with clinical data in the area of mental illness such as depression and developmental disorders, including chronic pain. In the future, the effectiveness of this study will be further evaluated by comparison with clinical data in the area of chronic pain and other mental illnesses such as depression and developmental disorders.

Open source software (OSS) are adopted as embedded systems, server usage, and so on because of quick delivery, cost reduction, and standardization of systems. Therefore, OSS is often used not only for the personal use but also for the commercial use. Many OSS have been developed under the peculiar development style known as the bazaar method. According to this method, many faults are detected and fixed by developers around the world, and the fixed result will be reflected in the next release. Also, many OSS are developed and managed by using the fault big data recorded on the bug tracking systems. Then, many OSS are developed and maintained by several developers with many OSS users. According to the results of the 2022 Open Source Security and Risk Analysis (OSSRA), OSS is an essential part of proprietary software, e.g., the source code containing OSS is 97%, all source code using OSS is 78%. On the other hand, OSS has issues from various perspectives. Therefore, OSS users need to decide on whether they should use OSS with consideration of each issue. In addition, the managers of open source projects need to manage their projects appropriately because OSS has a large impact on software around the world. This thesis focuses on the following three issues among many ones. We examine a method for OSS users and open source project managers to evaluate the stability of open source projects. 1. Selection evaluation and licensing: Methods for OSS users to make selections from the many OSS available situation, 2. Vulnerability support: Predicted fault fix priority for the reported OSS, 3. Maintenance and quality assurance: Prediction of appropriate OSS version upgrade timing, considering the development effort required after OSS upgrade by OSS users. In “1. Selection evaluation and licensing,” we attempt to derive the OSS-oriented EVM by applying the earned value management (EVM) to several open source projects. The EVM is one of the project management methodologies for measuring the project performance and progress. In order to derive the OSS-oriented EVM, we apply the stochastic models based on software reliability growth model (SRGM) considering the uncertainty for the development environment in open source projects. We also improve the method of deriving effort in open source projects. In case of applying the existing method of deriving effort in open source projects, it is not possible to derive some indices in the OSS-oriented EVM. Thus, we resolve this issue. The derived OSSoriented EVM helps OSS users and open source project managers to evaluate the stability of their current projects. It is an important to use the decision-making tool regarding their decisions and projects of OSS. From a different perspective, we also evaluate the stability of the project in terms of the speed of fault fixing by predicting the time transition of fixing the OSS faults reported in the future. 2. In “Vulnerability support”, in terms of open source project managers, we create metrics to detect faults with a high fix priority and predicted a long time for fixing. In addition, we try to improve the detection accuracy of the proposed metrics by learning not only the specific version but also the bug report data of the past version by using the random forest considering the characteristic similarities of bugs fix among different versions. This allows the project managers to identify the faults that should be prioritized for fixing when a large number of faults are reported, and facilitates project operations. In “3. Maintenance and quality assurance”, as an optimum maintenance problem, we predict the appropriate OSS version-up timing considering the maintenance effort required by OSS users after upgrading the OSS. It is dangerous in terms of the vulnerability to continue using the specified version of OSS ignoring the End of Life. Therefore, we should upgrade the version periodically. However, the maintenance cost increase with the version upgrade frequently. Then, we find the optimum maintenance time by minimizing the total expected software maintenance effort in terms of OSS users. In particular, we attempt to reflect the progress of open source projects by using the OSS-oriented EVM in deriving the optimal maintenance time. In conclusion, we found that there is the applicability as the stability evaluation of open source projects from three perspectives. Particularly, the OSS-oriented EVM discussed in “1. Selection evaluation and licensing” can contribute to the visualization of maintenance effort in open source projects. The proposed method will potentially contribute to the development of OSS in the future.

【背景】インターロイキン(IL)-33は, 宿主防御, 神経損傷, 炎症などに重要なIL-33/ST2シグナル経路を誘導する. 一方, IL-33のデコイ受容体である可溶性ST2(sST2)は, IL-33/ST2シグナル経路を抑制する. sST2は種々の神経疾患患者の血清中で増加するが, 低酸素性虚血性脳症(Hypoxic-ischemic encephalopathy; HIE)では知られていない. 【目的】本研究の目的は, HIEにおける血清中のIL-33, 及びsST2濃度を測定し, HIE重症度と神経学的予後との関連性を検討することである. 【対象と方法】2017年1月から2022年4月の期間に, 山口大学医学部附属病院総合周産期母子医療センターに入院した, 在胎期間36週以上, かつ出生体重1,800g以上の新生児を対象とし, HIE群23名, 対照群16名を本研究に登録した. HIEの重症度はSarnat分類により軽症, 中等症, 重症に分類し, 生後6時間以内, 及び1-2, 3, 7日目の血清IL-33及びsST2濃度を測定した. プロトン磁気共鳴スペクトロスコピーによりHIE群の基底核におけるlactate/N-acetylaspartate(Lac/NAA)比を算出し, 退院後の神経学的後遺症の有無を追跡調査した. 【結果】血清中IL-33濃度は各群で差を認めなかった. 一方, 中等症及び重症HIE群の血清sST2濃度は, 対照群に比し著明に高値で, HIE重症度と相関して高値であった. 血清中sST2濃度はLac/NAA比と有意な正の相関を示し(相関係数=0.527, P=0.024), 神経学的後遺症を来したHIE児では予後良好の児に比し, sST2濃度及びLac/NAA比が有意に高かった(それぞれP=0.020, <0.001).【結論】血清sST2濃度はHIEの重症度および神経学的予後予測に有用である可能性が示唆された.

【背景】結腸直腸癌（colorectal cancer:CRC）の予後については、腫瘍の特性だけでなく、宿主の免疫反応も重要な因子となる。我々は宿主の免疫反応として全身および腫瘍微小環境（tumor microenvironment: TME）の炎症性サイトカイン発現に注目し、これらを評価することにより、免疫抑制状態と患者の予後との関係を検討した。 【方法】 切除可能CRC患者209名において、術前に採取した血清サンプルを用いてサイトカイン濃度（IL-1β、IL-6、IL-8、TNF-α）を電気化学発光法により測定し、予後との関連を検討した。また切除切片における腫瘍組織でのサイトカイン発現を腫瘍細胞、間質細胞に分けて免疫組織化学的に評価した。さらに、切除したCRC患者10例において、新鮮な切除切片から抽出した腫瘍浸潤細胞を用いたマスサイトメトリーによるシングルセル解析を行った。 【結果】 無再発生存期間において、血清IL-1β、IL-8、TNF-α濃度の高低では有意な関係を認めなかったが、血清IL-6高値群で有意に予後不良であった。また血中IL-6濃度上昇は腫瘍組織中の間質細胞におけるIL-6高発現と関連していた。シングルセル解析の結果、腫瘍浸潤免疫細胞のうちIL-6+細胞は主に骨髄球系細胞で構成され、リンパ球系細胞ではIL-6発現をほとんど認めなかった。またIL-6高発現群では、CD33+HLADR-骨髄由来抑制細胞（myeloid-derived suppressor cell: MDSC）およびCD4+FOXP3highCD45RA-エフェクター型抑制性T細胞(effector regulatory T cell: eTregの割合がIL-6低発現群に比べ有意に高かった。さらに、MDSCにおけるIL-10+細胞の割合、eTregにおけるIL-10+細胞またはCTLA-4+細胞の割合は、IL-6高発現群で有意に高かった。 【結論】血清IL-6濃度の上昇は間質細胞のIL-6発現と関連し、予後不良であった。腫瘍浸潤免疫細胞におけるIL-6高発現は、TMEにおけるMDSCやeTreg等の免疫抑制性細胞の蓄積と関連し、その機能性マーカーの上昇も認めた。これらIL-6を介した抑制性免疫機構がCRC患者の予後不良の一因となっている可能性がある。

【目的】代謝状態の朝晩の変化を理解することは、代謝障害を管理するためには重要である。我々は、インスリン分泌とインスリン感受性の観点からこの朝晩の変化を解析し、さらに概日リズムとの関連性を含めて検討することを目的とした。 【方法】非糖尿病成人男性14人と10人に対し、それぞれ75ｇ経口ブドウ糖負荷試験(OGTT)と高インスリン正常血糖（HE）クランプ実験を行った。各被験者に対し、午前8時と午後8時にOGTTまたはHEクランプを1回ずつ行った。ただし試験時間の順序は無作為とした。各試験直前に毛根を採取し、毛包における時計遺伝子発現量をリアルタイムPCR法で解析した。また、マウスの肝臓と筋肉でもAKTリン酸化をウエスタンブロット法により解析した。 【結果】OGTTの結果から、耐糖能は午前8時の方が良好であることがわかった。これは、OGTTにおける負荷後60分までのインスリン早期分泌とHEクランプで説明される骨格筋インスリン感受性の違いに起因すると考えられた。一方、OGTTにおける肝臓のインスリン抵抗性指数によって推定される肝インスリン感受性は、午後8時の方が良好であった。60分までのインスリン分泌量と肝臓のインスリン抵抗性指数の朝晩の差は、Per2のｍRNAの相対的発現量と有意に相関していた。ΔGIR（20時の値－8時の値）は、Δ非エステル化脂肪酸（NEFA）と有意に相関したが、時計遺伝子発現との相関は認められなかった。ΔNEFAは、E4bp4のmRNA発現量およびΔコルチゾールと有意に相関していた。マウスでは、ヒトの研究から予想されるように、AKTリン酸化は活動時間の初めに肝臓で減少し、筋肉で増加していた。 【結語】各組織の糖代謝は朝と晩で大きく異なっており、脂質代謝、時計遺伝子およびコルチゾールの影響を受けていることがわかった。この関連性についてのより深い知見が代謝障害の新たな改善法の開発に寄与する可能性がある。

　本研究では、小児期（幼児期、学童期、青年期）の生活習慣、遺伝要因と肥満との関連を調査し、肥満予防のための公衆衛生的アプローチを検討した。食物繊維摂取が学童期の子どもの肥満および血圧、血中脂質パラメーターに及ぼす影響を明らかにすること（調査1：10～11歳の横断研究）、FT0遺伝子多型が幼児期から青年期の体格変化に及ぼす影響を明らかにすること（調査2：3歳、10歳、13歳に渡る縦断研究）、さらに、学童期から青年期にかけて身体活動がFT0遺伝子多型と体格変化に及ぼす影響を明らかにすること（調査3：13歳、18歳に渡る縦断研究）、を本研究の目的とした。 　調査1では、学童期の食物繊維摂取は肥満およびコレステロール高値のリスク低減に有効であることが示唆された。 　調査2では、幼児期から学童期にかけてFT0遺伝子の影響が強く表れ、中学生の年代になるとこの影響は逆に減弱し、部活動等が始まるこの時期の身体活動の影響が関連している可能性があることが推測された。 　調査3では、青年期で、身体活動量が多いほどBMIの増加を弱め、FT0遺伝子多型の影響を減弱させた。 　本論文の構成は5章からなる。 第1章では、緒言として、研究の背景と本研究の目的を述べる。 第2章では、食物繊維摂取が学童期の子どもの肥満および血圧、血中脂質パラメーターに及ぼす影響を検討した。 第3章では、FT0遺伝子多型が幼児期から青年期の体格変化に及ぼす影響を検討した。 第4章では、身体活動がFT0遺伝子多型と体格変化に及ぼす影響について検討した。 第5章では、結言として、本研究のまとめと今後の研究の方向性、今後の展望を述べた。

背景：顕微鏡的多発血管炎 (MPA) は全身臓器が障害される疾患である。しかしながら、MPA患者における心臓超音波検査（心エコー図検査）における指標の特徴については不明な点が多い。 目的：本研究は、単施設後ろ向き研究で、ステロイド療法の新規導入または再導入後2週間以内に心エコーを行ったMPA患者15名を対象とし、その心エコー所見の特徴について検討することを研究の目的とした。30人の年齢・性別をマッチさせた心疾患のないコントロール群と比較検討した。 方法と結果：左室径、左室駆出率、拡張早期僧帽弁輪最大移動速度 (e’) に2群間で有意差は認めなかった。一方、MPA群では左房径、左房容積係数が有意に高く、左室流入血流速波形 (TMF) の早期拡張期充満速度(E波)と肺静脈流入拡張期血流速度 (D波) の高さ、三尖弁における収縮期右室-右房最大圧較差も有意に高く、TMFのE波の減速時間 (DCT) は短縮していた。血清CRPはTMFのE波高、E/A比およびDCTと相関が見られた。今回の研究では、MPA患者におけるe’の有意な低下がみられなかったことから、左室弛緩能の低下よりはむしろ左室スティフネスの上昇によって左室拡張機能低下が生じ、結果として左房拡大が生じている可能性が示唆された。 結語：急性期MPA患者では左室拡張機能低下によると考えられる左房拡大を生じていた。MPA患者、特に強い炎症反応を伴う患者では、心機能評価を行うことが重要であることが示唆された。

Hyperspectral (HS) imaging can capture the detailed spectral signature of each spatial location of a scene and leads to better understanding of different material characteristics than traditional imaging systems. However, existing HS sensors can only provide low spatial resolution images at a video rate in practice. Thus reconstructing high-resolution HS (HR-HS) image via fusing a low-resolution HS (LR-HS) image and a high-resolution RGB (HR-RGB) image with image processing and machine learning technique, called as hyperspectral image super resolution (HSI SR), has attracted a lot of attention. Existing methods for HSI SR are mainly categorized into two research directions: mathematical model based method and deep learning based method. Mathematical model based methods generally formulate the degradation procedure of the observed LR-HS and HR-RGB images with a mathematical model and employ an optimization strategy for solving. Due to the ill-posed essence of the fusion problem, most works leverage the hand-crafted prior to model the underlying structure of the latent HR-HS image, and pursue a more robust solution of the HR-HS image. Recently, deep learning-based approaches have evolved for HS image reconstruction, and current efforts mainly concentrated on designing more complicated and deeper network architectures to pursue better performance. Although impressive reconstruction results can be achieved compared with the mathematical model based methods, the existing deep learning methods have the following three limitations. 1) They are usually implemented in a fully supervised manner, and require a large-scale external dataset including the degraded observations: the LR-HS/HR-RGB images and their corresponding HR-HS ground-truth image, which are difficult to be collected especially in the HSI SR task. 2) They aim to learn a common model from training triplets, and are undoubtedly insufficient to model abundant image priors for various HR-HS images with rich contents, where the spatial structures and spectral characteristics have considerable difference. 3) They generally assume that the spatial and spectral degradation procedures for capturing the LR-HS and HR-RGB images are fixed and known, and then synthesize the training triplets to learn the reconstruction model, which would produce very poor recovering performance for the observations with different degradation procedures. To overcome the above limitations, our research focuses on proposing the unsupervised learning-based framework for HSI SR to learn the specific prior of an under-studying scene without any external dataset. To deal with the observed images captured under different degradation procedures, we further automatically learn the spatial blurring kernel and the camera spectral response function (CSF) related to the specific observations, and incorporate them with the above unsupervised framework to build a high-generalized blind unsupervised HSI SR paradigm. Moreover, Motivated by the fact that the cross-scale pattern recurrence in the natural images may frequently exist, we synthesize the pseudo training triplets from the degraded versions of the LR-HS and HR-RGB observations and themself, and conduct supervised and unsupervised internal learning to obtain a specific model for the HSI SR, dubbed as generalized internal learning. Overall, the main contributions of this dissertation are three-fold and summarized as follows: 1. A deep unsupervised fusion-learning framework for HSI SR is proposed. Inspired by the insights that the convolution neural networks themself possess large amounts of image low-level statistics (priors) and can more easy to generate the image with regular spatial structure and spectral pattern than noisy data, this study proposes an unsupervised framework to automatically generating the target HS image with the LR-HS and HR-RGB observations only without any external training database. Specifically, we explore two paradigms for the HS image generation: 1) learn the HR-HS target using a randomly sampled noise as the input of the generative network from data generation view; 2) reconstructing the target using the fused context of the LR-HS and HR-RGB observations as the input of the generative network from a self-supervised learning view. Both paradigms can automatically model the specific priors of the under-studying scene by optimizing the parameters of the generative network instead of the raw HR-HS target. Concretely, we employ an encoder-decoder architecture to configure our generative network, and generate the target HR-HS image from the noise or the fused context input. We assume that the spatial and spectral degradation procedures for the under-studying LR-HS and HR-RGB observation are known, and then can produce the approximated version of the observations by degrading the generated HR-HS image, which can intuitively used to obtain the reconstruction errors of the observation as the loss function for network training. Our unsupervised learning framework can not only model the specific prior of the under-studying scene to reconstruct a plausible HR-HS estimation without any external dataset but also be easy to be adapted to the observations captured under various imaging conditions, which can be naively realized by changing the degradation operations in our framework. 2. A novel blind learning method for unsupervised HSI SR is proposed. As described in the above deep unsupervised framework for HSI SR that the spatial and spectral degradation procedures are required to be known. However, different optical designs of the HS imaging devices and the RGB camera would cause various degradation processes such as the spatial blurring kernels for capturing LRHS images and the camera spectral response functions (CSF) in the RGB sensors, and it is difficult to get the detailed knowledge for general users. Moreover, the concrete computation in the degradation procedures would be further distorted under various imaging conditions. Then, in real applications, it is hard to have the known degradation knowledge for each under-studying scene. To handle the above issue, this study exploits a novel parallel blind unsupervised approach by automatically and jointly learning the degradation parameters and the generative network. Specifically, according to the unknown components, we propose three ways to solve different problems: 1) a spatial-blind method to automatically learn the spatial blurring kernel in the capture of the LR-HS observation with the known CSF of the RGB sensor; 2) a spectral-blind method to automatically learn the CSF transformation matrix in the capture of the HR-RGB observation with known burring kernel in the HS imaging device; 3) a complete-blind method to simultaneously learn both spatial blurring kernel and CSF matrix. Based on our previously proposed unsupervised framework, we particularly design the special convolution layers for parallelly realizing the spatial and spectral degradation procedures, where the layer parameters are treated as the weights of the blurring kernel and the CSF matrix for being automatically learned. The spatial degradation procedure is implemented by a depthwise convolution layer, where the kernels for different spectral channel are imposed as the same and the stride parameter is set as the expanding scale factor, while the spectral degradation procedure is achieved with a pointwise convolution layer with the output channel 3 to produce the approximated HR-RGB image. With the learnable implementation of the degradation procedure, we construct an end-toend framework to jointly learn the specific prior of the target HR-HS images and the degradation knowledge, and build a high-generalized HSI SR system. Moreover, the proposed framework can be unified for realizing different versions of blind HSI SR by fixing the parameters of the implemented convolution as the known blurring kernel or the CSF, and is highly adapted to arbitrary observation for HSI SR. 3. A generalized internal learning method for HSI SR is proposed. Motivated by the fact that natural images have strong internal data repetition and the crossscale internal recurrence, we further synthesize labeled training triplets using the LR-HS and HR-RGB observation only, and incorporate them with the un-labeled observation as the training data to conduct both supervised and unsupervised learning for constructing a more robust image-specific CNN model of the under-studying HR-HS data. Specifically, we downsample the observed LR-HS and HR-RGB image to their son versions, and produce the training triplets with the LR-HS/HR-RGB sons and the LR-HS observation, where the relation among them would be same as among the LR-HS/HR-RGB observations and the HR-HS target despite of the difference in resolutions. With the synthesized training samples, it is possible to train a image-specific CNN model to achieve the HR-HS target with the observation as input, dubbed as internal learning. However, the synthesized labeled training samples usually have small amounts especially for a large spatial expanding factor, and the further down-sampling on the LR-HS observation would bring severe spectral mixing of the surrounding pixels causing the deviation of the spectral mixing levels at the training phase and test phase. Therefore, these limitations possibly degrade the super-resolved performance with the naive internal learning. To mitigate the above limitations, we incorporate the naive internal learning with our selfsupervised learning method for unsupervised HSI SR, and present a generalized internal learning method to achieve more robust HR-HS image reconstruction.

Generalized pustular psoriasis (GPP) is a rare form of psoriasis, which is characterized by sudden onset of repeated erythema and pustule formation with generalized inflammation. Recent advances in molecular genetics have led to the identification of several genes associated with GPP, including IL36RN, CARD14, AP1S3, SERPINA3, and MPO. Of these, only limited cases of GPP have been reported to carry mutations in the AP1S3, SERPINA3, or MPO to date. In the present study, we investigated a Japanese patient with GPP and found a bi-allelic missense mutation c.1769G>T (p.Arg590Leu) in the MPO gene. Structural analysis predicted that the mutant MPO protein would abolish its ability to bind with heme protein. In vitro studies using cultured cells revealed that the mutant MPO was stably expressed, but completely lost its myeloperoxidase activity. Immunohistochemistry (IHC) using an anti-MPO antibody showed markedly-reduced expression of MPO protein in the patient’s skin, suggesting that the mutation would lead to an instability of the MPO protein in vivo. Finally, IHC with an anti-citrullinated Histone H3 antibody demonstrated a sparse formation of neutrophil extracellular traps within a Kogoj's spongiform pustule of the patient’s skin. Collectively, we conclude that the c.1769G>T (p.Arg590Leu) in the MPO is a complete loss-of-function mutation associated with GPP in the patient. Our data further underscore critical roles of the MPO gene in the pathogenesis of GPP.

Many infrastructures constructed in the period of high economic growth are currently deteriorated and need renewal / repair. Considering the future situation, new-build infrastructures should be more durable, so the use of high-strength materials capable of reducing maintenance and management costs is preferable. A suitable construction material for the future situation is an ultra-high-strength fiber-reinforced concrete (UFC). General UFCs are cured under high temperature (at 90℃ for 48 hours). Most UFC members are often made in precast-concrete factories with dedicated curing facilities. A UFC manufacturable at general ready-mixed concrete plants has been required for various constructions using cast-in-placed concrete. The study focused on the mixture design and the manufacturing method of UFC without heat-curing. The targeted strength of the UFC was 200 N/mm^2 at the concrete age of 28 days. To achieve the required performance for UFC, the experimental study was designed and conducted. The thesis consists of seven chapters, and the content of each chapter is as follows: Chapter 1 "Introduction" shows the social concern in Japan, such as the present conditions of infrastructures. In addition, the chapter summarizes the transition of high strength concrete and fiber-reinforced concrete. The research background and the purpose of this study are described in this chapter. Chapter 2 "Previous studies" shows the review of previous studies dealing with investigations on UFC. In addition, the chapter clarifies the problem of UFC manufacturing by referring to the previous studies. Chapter 3 "Mixture design", the materials and mixture proportions required for the UHPC manufacturable under ambient temperature conditions were investigated. Five types of cement and four types of powder materials were tested, as well as the fine aggregate needed to achieve proper fluidity, fiber dispersibility and strength. To achieve the appropriate flowability and adequate strength, the cement having low C_3A and high C_3S was suitable for the UHPC manufacturable at ambient temperatures. Furthermore, the mortar with W/B of 21% achieved 200 N/mm^2 at 28 days, so it can be designed as the maximum W/B for the UFC. The test result confirmed that allowable fine aggregate volume was lower than 600 kg/m^3 to obtain proper dispersion of steel fibers. Chapter 4 "Material properties and durability of hardened UFC", the hardening material properties and durability of the UFC designed in Chapter 2 were examined. The result confirmed that the UFC achieved 196 N/mm^2 at the age of 28 days. The UFC exhibited an excellent cracking strength and tensile strength which were almost equivalent strength of the conventional UFC. In addition, the UFC indicated excellent resistances to various degradation effects, such as neutralization, freezing and thawing, permeability of chloride ions, and sulfate attack. On the other hand, the UFC had low resistance to sulfuric acid and large autogenous shrinkage strain. The properties should be considered in the application of prestressed concrete owing to the loss of prestress. Chapter 5 "Manufacturing method in RMC plant" reports the manufacturing methods at the ready-mixed concrete (RMC) plant. The result confirmed that UFC can be manufactured at a general RMC plant, the equipment although mixing time varies owing to the mixer capacity. In addition, the mixing methods of steel fibers were compared. Owing to the high viscosity of the UFC, undischarged UFC from the truck was approximately 190 L, which was extremely higher than ordinary concrete (80 L). The compressive strength of UFC using several types of fine aggregate were examined. The result suggested that the evaluation of the properties of fine aggregates in the UFC is necessary for the practical use. Chapter 6 "Practical applications of UFC" verifies the applicability of UFC of at sites. The result confirmed that the mixing-load increased in proportion to the mixing volume, the maximum mixing volume was identified as 80% of the capacity of mixer. The results showed that the UFC made in a RMC plant indicated stable fresh and strength properties for a few months. Furthermore, the production of UFC with onboard mixers was tested. The result confirmed that the method reduced the material-loss during transportation. The surface-finish of UFC was also evaluated by comparing the results obtained from a soil hardness tester. Moreover, the heat curing conditions of UFC were investigated. The result confirmed that the highest temperature and the curing time for the heat curing were lower and shorter than the standard heat curing (at 90℃ for 48 hours), respectively. Chapter 7 "Conclusions" presents the remarkable conclusions in this study and further research for the practical application of the UFC.

近年、イヌ・ネコ・フェレットといった様々な動物が愛玩動物として飼育されており、ヒトと同様に多様な感染症に罹ることが知られている。愛玩動物における感染症の治療法や診断法を確立することはOne Healthの観点でも重要で、ヒトの健康の維持に直結するような公衆衛生上重要な課題である。ネコヘルペスウイルス1（FHV-1）は猫ウイルス性鼻気管炎の原因となるヘルペスウイルスとして知られ、上部呼吸器症状や流産などを引き起こす。インフルエンザAウイルス（IAV）は人において呼吸器症状を引き起こす季節性のウイルスとして知られ、イヌ・ネコ・ブタといった様々な動物に感染することが知られている。季節性のIAV以外にも、動物の体内で生まれる遺伝子再集合体のパンデミックも問題となる。本研究では、愛玩動物に感染が認められる上記の2種類のウイルスを解析し、FHV-1の新規治療薬の提案とIAVの診断法の確立を目的とし、全2章で構成された。

オメガ3長鎖多価不飽和脂肪酸(ω-3)は海産魚や魚油に含まれる必須脂肪酸で、抗炎症効果を有することから非感染性ぶどう膜炎の有効な治療になる可能性がある。多くのぶどう膜炎でみられる獲得免疫による炎症反応は、樹状細胞（DC）、マクロファージ、およびBリンパ球を含む抗原提示細胞(APC)による抗原提示から開始され、炎症のトリガーとして重要である。これまでに我々はω-3長鎖多価不飽和脂肪酸（LCPUFA）が、実験的自己免疫性ぶどう膜炎モデル（EAU）の眼炎症を抑制することを示した。今回、ω-3によるEAUの抗炎症効果に対する APCの関与を検討し、その作用機構について解析した。 C57BL/6マウスに等カロリーに調整したω-3もしくはω-6を含有した餌で給餌し、安楽死後に回収した脾臓細胞をマイトマイシンC処理してAPCを調整した。これらをEAU誘導したマウスから単離したCD4陽性T細胞と共培養し、種々の炎症性サイトカインの発現量および3H-チミジン取り込み量を指標とした増殖能を評価した。次にω-3群のAPCをDC、マクロファージ、B細胞を含む残りの細胞群（B細胞他）に分離し、ω-3の炎症作用を担当する細胞を探索した。続いて、ω-3で賦活化したDCによる抗炎症効果を検討するため、ω-3群のDCを単離し、EAUを誘導したマウスにAdoptive transfer(養子細胞移植)し、臨床および組織学的スコアを評価した。最後にω-3がDCに直接作用して抗炎症効果を発揮するか否かを検討した。 C57BL/6由来DCとBALB/c由来CD4陽性T細胞を混合培養して混合リンパ球反応MLR(mixed lymphocyte reaction)を誘導した培養系に、代表的なω-3脂肪酸であるDHAおよびEPAを投与し、T細胞増殖能を評価した。 ω-3群のAPCは、ω-6群に比較してIFN-γ、IL-17の発現量およびT細胞増殖能を有意に低下した。その抗炎症効果はAPCから単離したマクロファージやB細胞他ではみられず、DCのみで保存された。さらに、ω-3群のDCをAdoptive transferしたEAUマウスでは、炎症スコアが有意に低下した。DHA・EPAで賦活化したDCはMLRによるT細胞増殖能を有意に抑制した。 以上より、ω-3の経口摂取によるEAUの眼炎症抑制効果は、APC、特にDCを介在して発揮されることが示された。

ラット坐骨神経結紮モデル（SNL）は最も一般的に神経障害性疼痛の実験に用いられるモデルラットであり、運動麻痺を生じないことでも知られている。神経障害性疼痛モデルの疼痛評価にはこれまでフォンフレイテスト（機械的アロディニア評価）と熱刺激回避テストが用いられてきた。しかしこれらのテストは臨床で用いられる神経学的検査とは全く異なる手法での評価である。神経障害性疼痛を有する患者では、両下肢の協調運動が乱れ，歩行時の下肢の動きに左右差を生じていることが多い。本研究において、私達はヒトと同様な疼痛行動や疼痛に伴う歩行障害などが実際には生じているのではないかと考え、三次元歩行解析を行いて本モデルの関節の動きや歩行時の動態解析を行った。今回の解析にはキネマトレーサーシステムを用いた。 機械的アロディニアに関するSNLの効果として術後１週間から８週間にわたり、回避行動閾値の47±6.1％の低下を認めた。ＳNLラットにおける股関節・膝関節・足関節のマーカーの矢状面の軌跡は歩行中に大きな変動を認めた。歩行中の不安定性を示す患側左股関節・膝関節の上下端の高低差は、SNLラットでほうが有意に大きかった。歩行パターンを示す、両足同時接地時間はSNLラットのほうが有意に長い結果であった。左右下肢の協調運動を評価するため、両下肢の歩行周期時間も計測した。歩行周期の左右差を示す左右比は、コントロール群のラットでは1.0±0.08と左右差がほぼないのに比較し、SNLラットでは0.62±0.15と有意に左右下肢の歩行周期が異なることが示唆された。 フォンフレイテストや熱刺激回避テストは臨床現場で使用されることのない疼痛機能評価であるが、こうした新しい三次元歩行動態解析技術を用いることができれば、神経障害性疼痛患者における疼痛行動も、定量的かつ数値化して示すことが可能になる可能性について示すことができた。従来の神経障害性疼痛モデルにおける、疼痛機能評価に関する臨床と実験モデルの大きなかけ離れについての問題点を解決し、将来的にはヒトでの機能評価にも応用できる新しい三次元歩行動態解析技術について報告し、実際のラット坐骨神経結紮モデルでのデータを示した。

新規ヒトin vitroおよびex vivo BBBモデル，in vivo モデルを用いて，NMOSDの病態生理とサトラリズマブの作用機序を，BBB破綻の点から検討した．血管内皮細胞に対するペリサイトおよびアストロサイトの足突起の接触を再現した3層共培養系を構築し，これを用いて静的in vitroモデルおよび流速負荷型ex vivoモデルを作製した．これらのBBBモデルを使用し，バリア機能の持続測定，白血球のmigration，NMO-IgGとサトラリズマブのBBB透過性を評価した．In vivo研究では，脊髄中でIL-6が著増するEAEマウスのin vivoでのBBB破綻に対して，マウスIL-6受容体抗体MR16-1が与える効果を評価した．In vitroおよびex vivoでの実験では，NMO-IgGがサトラリズマブおよびNMO-IgGの脳内透過性を亢進させること，サトラリズマブがNMO-IgGが誘導するT細胞のmigrationとBBB破綻を抑制することが示された．In vivo研究では，IL-6シグナル伝達の阻害によって，T細胞の脊髄への浸潤が抑制され，脊髄炎の発症が抑えられた．これらの結果から以下のことが示された．（1）我々が作製した，3層共培養によるin vitroおよびex vivo BBBモデルは，バリア機能，白血球のmigration，脳内移行性を評価するために理想的なBBBモデルである．（2）NMO-IgGは，バリア機能の減弱によってNMO-IgG自身の透過性を亢進し，アストロサイトからのIL-6分泌を誘導し，さらなるバリア機能の障害と細胞浸潤の制御破綻を引き起こす．（3）サトラリズマブは，NMO-IgGの共存下でBBB通過が容易となり，BBB機能障害と炎症細胞浸潤を抑制する結果，NMOSDの発症を予防する．

（目的）排卵期の黄体形成ホルモン（LH）サージは、顆粒膜細胞（GCs）において、遺伝子発現や細胞機能の急激な変化を引き起こし、黄体化を誘導する。本研究では、黄体化過程のGCsにおける遺伝子発現の経時的変化と、エピジェネティックな遺伝子発現制御機構に着目し、ゲノムワイドに黄体化過程の遺伝子発現と細胞機能変化を明らかにすること、および遺伝子発現制御や細胞機能変化とヒストン修飾H3K4me3変化の関連性を明らかにすることを目的とした。 （方法）幼若雌マウスにeCG-hCG注射による過排卵刺激を行い、hCG投与前、投与後4時間、12時間の時点でGCsを回収し、RNAシークエンスとH3K4me3抗体を用いたChIPシークエンスを行った。 （結果）RNAシークエンスにより、多数の発現変動遺伝子が同定され、遺伝子発現の時間的変化に応じて8つのパターンに分類された。多くの遺伝子は、hCG刺激後4時間で一過性に発現上昇または低下していた。これらの遺伝子群に関連する細胞機能をGene Ontology解析で調べたところ、ステロイド産生、排卵、卵丘細胞複合体の膨化、血管新生、免疫、活性酸素代謝、炎症反応、脂質代謝、オートファジーが同定された。さらに、DNA修復と細胞サイズの増大という2つの機能がこれまでに報告されていない細胞機能として同定された。ChIPシークエンスにより、黄体化過程ではゲノム全域にわたってH3K4me3が急激に変化し、遺伝子発現に関与することが示唆された。mRNA発現データとH3K4me3のデータを統合解析したところ、H3K4me3はステロイド産生、排卵、COCの拡大、血管新生、炎症反応、免疫、活性酸素代謝、脂質・糖代謝、オートファジー、細胞サイズの調節などに関与することが示唆された。 （結論）LHサージ後の黄体化過程にあるGCsにおいて、遺伝子発現はゲノムワイドに変化し、細胞機能が劇的に変化する。H3K4me3の変化は、これらの急激な遺伝子発現制御に関与し、種々の細胞機能を調節することでGCsの黄体化に寄与する可能性が示された。

方法： 2010年10月から2019年9月までに山口大学医学部附属病院および川崎医科大学附属病院で画像検査を受けられた患者を後ろ向きに検討した。炭酸ガス拡張を用いたCTC直後にDCE-CTを実施した82例をCE-CTC群とした。CE-CTC群と同様のDCE-CTプロトコールで撮像されたCTC非併用のDCE-CTの症例のうち、年齢や性別をマッチさせた77例を対照群とした。CE-CTC群は男性48名、女性34名で年齢は21～85歳（平均60歳）、対照群は男性46名、女性31名で年齢は20～84歳（平均60歳）であった。 CTは多列検出器CT装置（Optima CT660 ProまたはLightSpeed Ultra 16、ともにGE社製）を用いて行った。CE-CTC群では、大腸の拡張は自動低圧炭酸ガス送出装置（HP-2®；堀井薬品工業社製）を用いて行った。 胃、肝臓（右葉、左葉）、膵尾部、門脈（PV）、脾静脈（SpV）、上腸間膜静脈（SMV）、下腸間膜静脈（IMV）のCT値を、それぞれ非造影CTと早期CTで測定した。造影CT値として、非造影CT画像とDCE-CT早期相画像のCT値（Hounsfeld unit値）の差を算出した。これらの測定は、2名の放射線科医がワークステーション（EV InsiteS；PSP社製）で各々行い、各臓器、血管の画像上に円形または楕円形の関心領域（ROI）を設定し、2人の測定した造影CT値の平均を算出した。また、肝偽病変の有無を共同で記録した。肝偽病変は、DCE-CT早期相で、肝左葉内側区の後縁または胆嚢窩の周囲にある高または低吸収領域として定義した。 Mann-Whitney U検定を用いて各臓器と血管ごとの造影CT値を比較した。また、カイ二乗検定を用いてCE-CTC群と対照群の間で肝病変の発症頻度を比較した。 結果： CE-CTC群と対照群の各臓器・血管における造影CT値の平均値の比較は表1のとおりで、CECTC群の肝実質(図1)、PV、SMV・IMV(図2)の造影CT値は、対照群に比べて有意に高かった。一方で、CE-CTC群の胃(図3）、膵尾部、SpVの造影CT値は、対照群に比べて有意に低かった。 肝偽病変は、CE-CTC群の6例（7％）において、肝左葉内側区の後縁（n＝5）または胆嚢窩周囲（n＝1）に低吸収領域として認められた（図4）が、対照群では認められなかった（p＝0.016）。表2は、CE-CTC患者で肝偽病変がある場合とない場合の肝臓の造影CT値を比較した結果で、肝偽病変のあるCE-CTC患者の肝の造影CT値は、肝偽病変のないCE-CTC患者の造影CT値よりも有意に高かった。

塩化ベンザルコニウム（BAC）は点眼防腐剤として広く用いられている。しかしながら、BACを含む点眼薬の長期使用は結膜下組織の線維化を誘発し、緑内障濾過手術後の濾過胞維持を困難にさせる。また、濾過胞を構成するテノン嚢線維芽細胞と角膜上皮細胞は涙液を介して互いに影響しているが、BAC曝露時のこの細胞間の反応については明らかにされていない。本研究で我々は、共培養システムを用いて、BACにより誘導されたヒトテノン線維芽細胞（HTF）の筋線維芽細胞転化に対するヒト角膜上皮（HCE）細胞の影響について、免疫蛍光染色ならびにウェスタンブロットで評価した。HTFのα-smooth muscle actin（αSMA）発現は、BAC添加により亢進し、HCE細胞との共培養により抑制された。HTFの培養上清中のIL-10濃度は、BACにより減少し、HCE細胞との共培養により増加した。また、BACによるHTFのαSMA発現亢進およびmyocardin-related transcription factor–A（MRTF-A）の核内移行は、IL-10添加によって抑制された。これらのことから、角膜上皮細胞は涙液中のIL-10濃度を維持し、HTFのMRTF-Aの核移行の抑制を介して、BACによる濾過胞線維化を軽減させる可能性が示唆された。

活性化転写因子1（ATF1）は、CREB/ATFファミリーの転写因子に属し、精巣で高発現している。しかし、精子形成におけるATF1の役割は未だ確立されていない。本研究では、精子形成におけるATF1の影響を解明することを目的として、マウスにおけるATF1の発現パターンとマウス精巣におけるATF1ノックダウンの影響を調べた。その結果、ATF1はさまざまな臓器で発現しており、精巣では非常に高いレベルで発現していることがわかった。免疫染色により、ATF1はspermatogoniaの核に局在し、増殖細胞核抗原(PCNA)と共局在することがわかった。ATF1欠損マウスでは、精巣の精細管にはすべての発生段階の細胞が存在していたが、spermatocyte以降の分化段階の細胞数は減少していた。同様にPCNAの発現が低下していた。一方で、精細管におけるアポトーシス細胞はほとんど見られなかった。これらの結果は、ATF1が男性生殖細胞の増殖と精子の生成に関与していることを示している。また、男性不妊症における乏精子症、無精子症の発症機序解明の可能性を示唆した。

前立腺癌細胞と骨芽細胞の相互作用は、前立腺癌骨転移の発生に不可欠である。近年、新規のアンドロゲン受容体標的薬（ARAT）が、転移性去勢未治療前立腺癌（mCNPC）や非転移性去勢抵抗性前立腺癌（nmCRPC）に対して承認されているが、これらの薬剤と骨微小環境や腫瘍との関係を調べることは極めて重要である。今回、我々は去勢抵抗性前立腺癌（CRPC）の骨微小環境を模倣した新規のin vitro 3次元微小環境モデルを確立し、アンドロゲン受容体標的薬の薬剤感受性と、アビラテロンとデュタステリドの併用療法の有効性を評価した。キトサンナノ繊維で表面をコートした細胞培養基材を用いて、GFPを導入したC4-2細胞（CRPC細胞株）とRFPを導入したヒト骨髄由来間葉系幹細胞から分化した骨芽細胞を共培養し、去勢抵抗性前立腺癌の骨微小環境を模倣した。骨芽細胞とC4-2細胞の増殖はCell3 iMager duos（SCREEN）を用いて生細胞のまま解析し、骨芽細胞を維持したまま、最大30日間C4-2細胞の持続的な増殖を観察できた。また、骨芽細胞と共培養したC4-2細胞では、TGF-βの発現が増加し、上皮間葉転換（EMT）が促進されたことから、アンドロゲン受容体標的薬に対する抵抗性が示された。このモデルを用いて、各薬剤のIC50と、アビラテロンとデュタステリドの併用効果を評価した。アビラテロンとデュタステリドの併用療法は、それぞれの単剤投与と比較して、C4-2細胞の増殖を相乗的に抑制し、これは、ARアゴニストである3-keto-5α-abirateroneの減少によるものと考えられた。我々の新規骨微小環境モデルは、前立腺癌の薬剤感受性の評価に有用であり、今後このモデルは、前立腺癌の微小な骨転移から臨床的な骨転移に至るまでの未知のメカニズムの解析に役立つ可能性がある。

遺伝性血管性浮腫（hereditary angioedema：以下HAE）は、全身の様々な部位に突発性、一過性の浮腫を生じる稀な常染色体優性遺伝性疾患である。HAEは、C1 inhibitor（C1INH）をコードするserpin family G member 1（SERPING1）遺伝子の変異により生じるHAEI型およびII型、SERPING1遺伝子以外の遺伝子異常を認めるHAEIII型（HAE with normal C1INH）の3つに分類される。これまでに、SERPING1遺伝子においては多数の病的変異が同定されているが、各変異によるHAEの発症機構については未だ十分に解明されていないのが現状である。 本研究では、以前に我々が報告したHAE I型の患者に同定されたSERPING1遺伝子のミスセンス変異c.449C>T（p.S150F）に関して、詳細な発現・機能解析をin vitroレベルで行った。まず、p.S150F変異型C1INHは細胞内では安定して発現するが、細胞外には全く分泌されないことが示された。次に、変異型C1INHが野生型C1INHの分泌を強力に阻害することが明らかになった。さらなる解析で、野生型C1INHは変異型C1INHとの相互作用によって細胞質内に留め置かれてしまうだけでなく、分解も誘導されることが示唆された。本研究によって、p.S150F変異型C1INHは野生型C1INHに対してdominant-negative効果を発揮することが証明され、それが本遺伝子変異によるHAE I型の主要な発症メカニズムと考えられた。

低汗性外胚葉形成不全症 (hypohidrotic ectodermal dysplasia: HED) は、低汗症、乏歯症乏毛症を特徴とする遺伝性疾患である。本疾患の家系のほとんどがX連鎖劣性 (X-linked recessive: XR) の遺伝形式を示すが、稀に常染色体優性 (autosomal dominant: AD) または常染色体劣性 (autosomal recessive: AR) の遺伝形式を示す家系も存在する。XRのHEDはEDA遺伝子の変異で発症し、AD/ARのHEDはEDARまたはEDARADD遺伝子のいずれかの変異で発症する。現在までに、EDAおよびEDARの変異に関してはHEDの発症機序が明らかにされてきたが、EDARADDの変異がどのようにHEDを引き起こすかについての情報は乏しかった。 本研究では、過去にHEDの家系に同定されたEDARADD遺伝子変異のうち、ADの遺伝形式を示すp.D120Y、p.L122R、p.D123Nと、ARの遺伝形式を示すp.E152Kに着目し、培養細胞レベルでさまざまな解析を行った。EDARADDは、シグナル伝達の主要分子であるTRAF6と結合し、最終的に下流のNF-κBを活性化させるが、ADの変異型EDARADDはNF-κBの活性化能を著しく喪失していた。一方で、ARの変異型EDARADDの同活性化能の低下は軽度だった。また、解析した全ての変異型EDARADDは、EDARおよび野生型EDARADDとの親和性を維持していたが、ADの変異型EDARADDは、EDARと野生型EDARADDとの相互作用をdominant negative効果によって阻害することを明らかにした。さらに、ADの変異型EDARADDはTRAF6との結合能を完全に失い、ARの変異EDARADDも野生型に比べてTRAF6との結合能が低下することを示した。 HEDにおける臨床型と遺伝子型の相関関係は未だ明らかではないが、本研究で得られた知見は、EDARADD遺伝子変異とHEDの発症メカニズムの関連性の一端を解明したといえる。

【方法】 Wister/STラットに左肺全摘を行うことで気管支断端モデルを作製した。口腔粘膜組織から線維芽細胞を単離し、24wellプレートに5.0×10^5個/wellを播種して72時間培養することで積層線維芽細胞シートを作製した。積層線維芽細胞シートの移植による気管支断端の補強効果を検討するため、術後7、14、28日目に標本を摘出し、細胞シート移植の有無による2群間での気管支断端の変化を肉眼的、組織学的、力学的に比較した。 また、細胞シートによる組織修復のメカニズムを検証するために、創傷治癒に関わる成長因子、サイトカインを細胞シート作製時の培養液上清を用いたEnzyme-linked immunosorbent assay (ELIZA)法でin vitroに測定した。更に、Green fluorescent protein (GFP)遺伝子を導入した線維芽細胞で作製した細胞シートを移植し、移植した細胞の残存性を検証した。 【結果】 作製した積層線維芽細胞シートは直径6mmであった。線維芽細胞が4-5層に積層し、コラーゲン線維を含む細胞外マトリックスを保持した状態で回収された。 非移植群では、術後7、14、28日目のいずれのタイミングでも、気管支断端の閉鎖に用いた縫合糸が露出していた。一方で、移植群の気管支断端は新生組織で広く被覆されていた。なお、細胞シートの移植の有無に関わらず、標本摘出までの期間に気管支断端瘻が生じた個体はなかった。摘出した標本を組織学的に観察すると、非移植群の気管支断端周囲にはごく僅かな結合組織が形成されたのみであったが、移植群では気管支断端周囲に多量の結合組織が形成されていた。また、移植群に生じた気管支断端周囲の結合組織が徐々に成熟すること（Azan染色）、その組織に多くの血管構造が含まれていること（抗CD31抗体による免疫染色）が観察された。新生組織を含む気管支壁の厚み、それに含まれる血管構造を定量化したところ、いずれのタイミングでも移植群の気管支壁が有意に厚く、より多くの血管構造を含んでいた。また、気管支断端の補強効果を力学的に検証するために、気管支断端の耐圧能を評価したところ、非移植群では全ての標本で気管支断端からエアリークが生じた。一方、移植群では300mmHgまでの加圧によってエアリークが生じた標本はなく、その耐圧値は移植群で有意に高かった。 細胞シート作製時の培養液上清を用いたELIZA法では、VEGF、Hepatocyte growth factor (HGF)、C-X-C motif chemokine ligand 1 (CXCL1)、Angiopoietine-2、Monocyte chemoattractant protein-1 (MCP-1)、Transforming growth factor beta 1 (TGF-β)が細胞シートから分泌されていることが示された。 GFP遺伝子導入積層線維芽細胞シートを移植したところ、術後3日目の時点ではGFP遺伝子導入線維芽細胞が気管支断端に残存していることが確認されたが、7、14 日目にはGFP遺伝子が発現した細胞は確認されなかった。 【考察】 気管支断端は僅かに新生された結合組織でのみ覆われることが報告されており、本研究においても、非移植群の気管支断端の周囲には僅かな結合組織が形成されたのみであった。一方、積層線維芽細胞シートを移植することにより、気管支断端の周囲に多くの血管構造を含んだ結合組織が形成され、力学的にも気管支断端の強度が増していることが示された。気管支断端瘻は、術後1週間から3ヶ月、特に10日目前後に多く発生するとされていることから、細胞シートの移植後7日目の時点で、気管支壁がより厚く、血管構造に富み、優れた耐圧性を獲得していることは、気管支断端瘻の予防にとって十分に効果的な可能性がある。 積層線維芽細胞シートにより気管支断端が補強される機序を解明するため、細胞シートが分泌する成長因子やサイトカインの測定、GFP遺伝子導入細胞シートを用いた検証を行ったが、移植したGFP遺伝子導入細胞は術後3日目には残存していたが、7日目の時点では確認できなかった。このことは、移植した線維芽細胞が生存、増殖して結合組織を形成するのではなく、細胞シートの移植が宿主の組織治癒を促進させている可能性を示している。VEGF、HGFやTGF-βなどの成長因子、サイトカインが細胞シートから分泌され、これらに宿主に働きかけることで、気管支断端周囲での組織形成や血管新生が促進されたと推察される。 積層線維芽細胞シートの移植後7日目の時点で、気管支断端周囲に血管新生を伴った結合組織が形成され、力学的な補強効果があることが示された。積層線維芽細胞シートの移植は、局所の血流低下による組織治癒遅延が原因とされる気管支断端瘻に対して有効な予防法となる可能性がある。 【結語】 積層線維芽細胞シートの移植による気管支断端の補強効果が示された。本法は、気管支断端瘻の有効な予防法となる可能性がある。

術後膵液瘻は膵臓手術後の重篤な合併症である。これまで多くの予防法が検討されたが、充分な効果は得られておらず、発症率は減少していない。我々の研究室では長年、難治性皮膚潰瘍に対する細胞シート移植を研究し、有効な創傷治癒効果を報告してきた。細胞シート移植は他臓器の創傷治癒にも有効である可能性が予想され、膵液瘻に対する予防法になりうると着想した。本研究では動物の術後膵液瘻モデルを用いて、積層繊維芽シートの自家移植による膵液瘻の予防を検証した。 ラットを全身麻酔下に開腹し、膵管とその周囲の膵組織を切開してラット膵液瘻モデルを作製した。ラット尾より線維芽細胞を単離し、培養して積層繊維芽シートを作製した。自家積層線維芽細胞シートを膵管とその周囲の膵組織切開部に移植し、細胞シート移植による膵液瘻の予防効果を経時的な腹水及び血清中膵酵素値の測定、膵組織の免疫組織化学、定量的PCR法を用いて評価した。 ラット膵液瘻モデルでは術後に腹水中膵酵素値が上昇し、病理組織学的には広範囲の膵組織に炎症と壊死所見を認めた。膵液瘻の発症と膵組織の損傷が示唆された。積層線維芽細胞シートの自家移植により腹水中膵酵素の上昇と膵組織の炎症性変化は有意に抑制され、正常な構造を保つ膵組織が広範囲に温存された。対照群である細胞活性を持たないシートを移植した群と比較して、細胞シート移植群では切開部周辺に線維化と血管新生が惹起されていた。特に切開部付近の膵管はコラーゲン線維で充填、被覆されており、膵液の漏出を抑制する上で重要な機序であったと示唆された。これら線維化と血管新生を介して膵臓への障害が抑制されたと考えられた。 以上から、動物モデルにおいて積層線維芽細胞シートの自家移植は膵液瘻を充分に予防し、膵組織を保護することが示された。上記細胞シートの自家移植は術後膵液瘻を予防する有効な方法となり得ることが示唆された。

脳由来神経栄養因子Brain-derived neurotrophic factor (BDNF)は, 中枢神経内での恒常性や神経発達に重要な役割を果たしており, 神経変性疾患や神経免疫疾患の治療薬への応用が期待されている. しかし, BDNF自体は分子量が大きく, 末梢に投与したBDNFは血液脳関門Blood-brain barrier (BBB)を通過して中枢神経内に作用することができない. 一方で脂溶性化合物はBBBを通過しやすいとされている. そこで, BBBを超えてアストロサイトに作用し, アストロサイトからBDNF分泌を促進する脂溶性化合物の同定を試みた. 温度条件不死化ヒト脳血管内皮細胞 (EC), ペリサイト (PCT), アストロサイト (AST)のBBB in vitroモデルに20種類の脂溶性化合物を反応させ, 48時間後にBDNFの分泌量をELISAで測定した. 脂溶性化合物をEC/AST co-cultureに72時間反応させながら電気抵抗値を測定した. その結果, prostaglandin E2 receptor 4 agonist (EP4) とsphingosinesphingosine-1-phosphate receptor 5 agonist (S1P5)がEC, PCTの有無にかかわらずASTからのBDNFを有意に促進させ, 電気抵抗値の低下は伴わなかった. このことからEP4とS1P5はBBBへ影響を与えずにASTからのBDNF分泌を促進したと考えられた. S1P5は進行型多発性硬化症治療薬であるシポニモドの標的の1つである. シポニモドの神経保護作用はS1P5を介したASTからのBDNFが関与している可能性が考えられた. ASTでのEP4の機能は未だ不明な点が多いが, BDNF分泌を促進することで神経保護に関与する可能性がある. いずれの化合物も治療薬への発展が期待される.

背景と目的：同種造血幹細胞移植ではgraft-versus-leukemia (GVL) 効果と呼ばれる抗腫瘍免疫を適切に誘導することが成績向上の鍵となる。しかしGVL効果の増強は移植片対宿主病の重症化にも繋がるため、 同種免疫応答の指標となるバイオマーカーの開発が望まれる。我々は以前、移植処置の前と好中球生着時の血清可溶性インターロイキン-2受容体の比である「sIL-2R index」を定義し、骨髄移植における移植片対宿主病の発症予測マーカーとして有用であることを示した。しかし、骨髄移植とは異なる免疫特性を有する臍帯血移植ではsIL-2R indexも異なる挙動を示す可能性があり、臍帯血移植におけるsIL-2R indexの有用性を検討した。 対象と方法：当院で初回同種造血幹細胞移植として臍帯血を施行した31症例を対象とした。sIL-2R indexを算出し、患者背景や移植成績との関連を後方視的に解析した。 結果：移植後3年の再発率は、sIL-2R index 3.7以上の群で有意に低下した（12.8% vs 50.0%; p = 0.04）。それに伴い移植後3年の全生存率はsIL-2R index 3.7以上の群で有意に良好であった（79.8％ vs 20.0％; p < 0.01）。sIL-2R indexには移植後1日目から好中球生着日までの累積ステロイド投与量が影響しており、ステロイドの使用理由は生着前免疫反応に対する治療であった。なお骨髄移植とは異なり、臍帯血移植ではsIL-2R indexと急性移植片対宿主病の発症率との有意な関連性は認めなかった。 結語：sIL-2R indexは臍帯血移植後の予後予測マーカーになり得る。sIL-2R indexはGVL効果を反映する可能性があるが、更なる検証が必要である。

心臓突然死（sudden cardiac death: SCD）は心サルコイドーシス患者における主要な死亡原因であり、SCDの大部分は心室性不整脈が原因である。これまでのところ、心サルコイドーシス患者の致死的不整脈とSCDを予測するバイオマーカーは報告されていない。本研究では心サルコイドーシス患者における持続性心室頻拍（sustained ventricular tachycardia: sVT）およびSCDを予測する因子は何であるかを調査した。連続89症例において心サルコイドーシス患者の炎症活動性を反映する酸化的DNA損傷のマーカーである尿中8-hydroxy-2'-deoxyguanosine（尿中8-OHdG）、他のバイオマーカー、心機能の指標、腎機能を測定した。追跡期間中、15人の患者はsVT（N = 12）またはSCD（N= 3）を示した。COX比例ハザードモデルを用いた多変量解析では、尿中8-OHdG濃度および心室瘤（ventricular aneurysm: VA）の存在がsVT/SCDの独立した予測因子であることが示された。尿中8-OHdGおよびVAの存在は、心サルコイドーシス患者の初回のsVT/SCDの強力な予測因子であり、心臓イベントのリスクの層別化に有用である。さらに、これらはVT基質についてのさらなる情報を与えるものであることが示唆された。

中等度の冠動脈狭窄病変において、血行再建治療を延期（defer）し薬物療法を行った場合、薬物療法中に心血管イベント発症抑制効果を評価する代用評価法があれば有用である。冠動脈イメージングでプラーク退縮と安定化を調べることで薬物治療効果を評価するのと同様に、定量的冠血流比（QFR）の経時的変化は、deferした中等度狭窄に対する薬物治療効果を評価する代用評価法として有用な可能性がある。本研究では、経皮的冠動脈インターベンション（PCI）後に未治療血管に冠動脈中等度残存狭窄を有し二次予防として薬物治療を受けた患者で、deferした中等度残存狭窄のQFRの経時的変化を調査した。山口大学医学部附属病院と萩市民病院でPCIを施行され、PCI（ベースライン[BL]）時に未治療血管に中程度狭窄を有し、6～18ヶ月後にフォローアップ（FU）の冠動脈造影が施行された患者を対象とした。52人の患者でBLとFUの両方で未治療血管の中程度狭窄のQFRの解析が可能であった。BL時にQFRの中央値は0.83（IQR, 0.69, 0.89）、FU時にQFRの中央値は0.80（IQR, 0.70, 0.86）であった。QFRの増加した患者（QFR増加群）は21人で、QFRの減少した患者（QFR減少群）は31人であった。経時的なQFR変化の中央値はQFR増加群で0.05（IQR, 0.03, 0.09）、QFR減少群で-0.05（IQR, -0.07, -0.03）であった。単変量および多変量解析でQFRの増加に影響する因子を解析したところ、FU時のLDLコレステロール値と相関を認めた（OR 0.95, 95% CI [0.91, 0.98], p=0.001）。QFRの経時的変化の評価は、deferした中程度狭窄を有する患者に対する薬物治療効果を判定する代用評価法として有用性が示唆された。

【背景】全層性治癒（Transmural healing healing; TH）は、クローン病の新たな治療標的として注目されているが、日本ではTHに関する臨床データはほとんどない。我々は、クローン病のモニタリング法として低被曝線量CTエンテログラフィ（CTE）を導入し、CTEによるTHの評価をレトロスペクティブに検討した。【方法】2009年 1月から2021年3月までに当院で低被曝線量CTEを施行したクローン病患者のうち、2週間以内に大腸内視鏡検査またはバルーン内視鏡検査を施行した122例を対象とした。放射線検査と内視鏡検査の結果は、それぞれ放射線科医と消化器内視鏡医が独立して検討した。CTEと内視鏡検査の診断の一致率を算出した。【結果】26名（21.3％）のクローン病患者がTHを達成し、カッパ係数は0.743と2人の放射線科医の間でかなりの一致が見られた。TH群と非TH群の比較では、クローン病活動指数（Crohn’s Disease Activity Index ; CDAI ）（P値 = 0.02)、内視鏡的治癒率（P値 ＜ 0.001）、血清アルブミン（P値 = 0.043）、血清C反応性蛋白（P値 = 0.018）に有意差が認められた。122名の患者のうち、69名（56.5％）はCTEの診断と内視鏡検査が一致し、22名（18.0％）はTHと内視鏡の両方の治癒を達成した。【結論】本研究は、日本における低被曝線量CTEによるクローン病のリアルワードデータを示すものである。本研究で用いたTHの基準はカッパ係数が高く、多くの施設で再現性を持って用いることができると考えられる。

【背景】近年、歯周炎や歯肉炎に関連する嫌気性グラム桿菌であるFusobacterium nucleatum (F. nucleatum) は大腸がんの発生や進行に関与することが報告されている。この菌の制御が大腸がんの予防につながる可能性があると考え、深紫外線発光ダイオード (DUV-LED) によるF. nucleatumの殺菌効果を検討した。【方法】DUV-LEDのF. nucleatumに対する殺菌効果を定性的、定量的に評価した。ピーク波長が265nmと280nmの2種類のDUV-LEDを使用した。F. nucleatumのDNAに対するダメージは、シクロブタンピリミジン二量体(CPD)とピリミジンピリミドン光生成物 (6-4PP) の生成で評価した。【結果】DUV-LEDでの265nmまたは280nmの波長を3分間照射したところ、コロニーの成長は観察されなかった。265nmのDUV-LED光照射下におけるF. nucleatumの生存率は10秒照射で0.0014%、20秒照射で0%に低下した。同様に、280nmのDUV-LED光照射では，10秒照射で0.00044%、20秒照射で0%に低下した。DUV-LEDから35mmの距離での放射照度は、265nmのLEDで0.265mW/cm^2、280nmのLEDでは0.415mW/cm^2であった。従って、致死量を示す放射エネルギーは265nm LEDは5.3mJ/cm^2、280nm LEDは8.3mJ/cm^2であった。265nmと280nmのDUV-LED光をF. nucleatumに照射した際のCPDと6-4PPの量はそれぞれ6.548ng/μg、1.333ng/μgであった。【結論】DUV-LED光は、F. nucleatumに対して、ピリミジン二量体を形成することにより殺菌効果を発揮した。

前身に投与された治療薬が脳組織実質に到達するには、神経組織の血管により形成される血液脳関門を通過する必要がある。そのため、組織への損傷を最小限に抑えて血液脳関門を開くことができれば、難治性神経疾患の治療法開発に大きな進展をもたらすことが期待される。本研究では、血液脳関門を形成する血管内皮細胞に発現するBasiginに着目し、その内因性リガンドであるCyclophilin A (CypA) を用いて、血液脳関門機能を人為的に制御することを目的とした。マウス脳血管内皮細胞株を用いたin vivo解析により、CypAの投与がBasiginを介して血液脳関門機能を低下させること、それにより脳実質へ効率的に薬物を送達できることを示した。単層培養された血管内皮細胞において、CypAはタイト結合構成分子の一つであるClaudin-5を一過性かつ可逆的に細胞膜から消失させて、バリアー機能を低下させることを見出した。また、マウスへのCypAの単回静脈内投与では血液脳関門が一定期間開いた後、自発的に元の状態へ回復することが示され、そしてその限定された機関において、全身投与された水溶性薬物Doxorubicinが脳組織実質へ送達されることが明らかとなった。本研究の結果は、CypAの静脈内投与によって、脳実質への薬物送達を自在にコントロールできることを示しており、難治性神経疾患に対する治療法確立に向けた重要な成果であると考えられる。

The hippocampal dentate gyrus has been identified to play a critical role in maintaining contextual memory in many mammalian species. To evaluate learning-induced synaptic plasticity of granule cells, we subjected male rats to an inhibitory avoidance (IA) task and prepared acute hippocampal slices. In the presence of 0.5 µM tetrodotoxin, we recorded miniature EPSCs in male rats experiencing four groups: untrained, IA-trained, unpaired, and walk-through. Compared with the untrained, IA-trained, unpaired, and walk-through groups, the unpaired group significantly enhanced mean mEPSC amplitudes, suggesting the experience-induced plasticity at AMPA receptor-mediated excitatory synapses. For inhibitory synapses, both unpaired and walk-through groups significantly decreased mean mIPSC amplitudes, showing the experience-induced reduction of postsynaptic GABA_A receptor-mediated currents. Unlike the plasticity at CA1 synapses, it was difficult to explain the learning-specific plasticity at the synapses. However, overall multivariate analysis using four variables of mE(I)PSC responses revealed experience-specific changes in the diversity, suggesting that the diversity of excitatory/inhibitory synapses onto granule cells differs among the past experience of animals include the learning. In comparison with CA1 pyramidal neurons, granule cells consistently showed greater amplitude and frequency of mE(I)PSCs. Fluctuation analysis further revealed that granule cells provide more postsynaptic AMPA receptor channels and greater single-channel current of GABA_A receptors of than CA1 pyramidal neurons. These findings show functional differences between two types of principal cells in the hippocampus.

Phosphorus is an indispensable nutrient to sustain the daily life of all living things on Earth. However, the over-enrichment of the aquatic ecosystem with phosphorus leads to eutrophication, which is still a global environmental problem. More stringent regulations have been put in place for the limit of phosphorus discharge to address this problem and resulted in the removal of phosphorus removal becomes exceptionally crucial. Furthermore, phosphorus deposits are a non-renewable resource and forecasted to deplete until 2170, given the current usage and global population growth. Thus, the removal of phosphorus coupled with the recovery and reuse of phosphorus offer the best strategies to meet the future phosphorus demand. Accordingly, adsorption represents a fascinating separation technique for phosphate from water because of the possibility of phosphorus recovery. Moreover, this approach has many advantages, such as efficient, easy operating conditions, low sludge production, and the possibility of regenerating the adsorbent. Numerous attractive low-cost adsorbents have been studied for phosphate removal, one of which is layered double hydroxides (LDH). Unfortunately, a high phosphate adsorption capacity of LDH can generally be achieved by calcination, which increases the preparation cost of LDH. In this study, LDH is functionalized with amorphous zirconium (hydr)oxide to obtain enhanced adsorption capacity and eliminate the high-temperature requirement during the synthesis process. Although different treatment techniques have been developed to eliminate phosphorus contamination, including for wastewater treatment, treated water often fails to meet quality regulations. Amorphous zirconium (hydr)oxide/MgFe layered double hydroxides composites (am-Zr/MgFe-LDH) with different molar ratios (Zr/Fe = 1.5 2) were prepared in two-stage synthesis by the combination of coprecipitation and hydrothermal methods. The synthesis of the composite could eliminate the requirement of high-temperature calcination in the LDH for phosphate adsorption. Moreover, the phosphate adsorption ability of the composite was higher than that of the individual LDH and amorphous zirconium (hydr)oxide. The presence of amorphous zirconium (hydr)oxide increased the phosphate adsorption ability of composite at low pH. The adsorption capacity was increased by decreasing the pH and increasing the temperature (from 290 to 324 K). The bicarbonate (HCO3 ) was the most competitive anion for phosphate adsorption. The pseudo-secondorder model provided the best description of the kinetic adsorption data. Furthermore, the adsorbed phosphate was easily desorbed by 1 N and reused 2 N of NaOH solutions. The results suggest that the am-Zr/MgFe-LDH composite is a promising material for phosphate removal and recovery from wastewater. A Fixed-bed column has been considered an industrially feasible technique for phosphate removal from water. Besides the adsorption capacity, the effectiveness of an adsorbent is also determined by its reusability efficiency. In this study, phosphate removal by a synthesized am-Zr/MgFe-LDH in a fixed-bed column system was examined. The results showed that the increased bed height and phosphate concentration, and reduced flow rate, pH, and adsorbent particle size were found to increase the column adsorption capacity. The optimum adsorption capacity of 25.15 mg-P g^{-1} was obtained at pH 4. The coexistence of seawater ions had a positive effect on the phosphate adsorption capacity of the composite. Nearly complete phosphate desorption, with a desorption efficiency of 91.7%, could be effectively achieved by 0.1 N NaOH for an hour. Moreover, the initial adsorption capacity was maintained at approximately 83% even after eight adsorption-desorption cycles, indicating that the composite is economically feasible. The am-Zr/MgFe-LDH, with its high adsorption capacity and superior reusability, has the potential to be utilized as an adsorbent for phosphorus removal in practical wastewater treatment. The possible adsorption mechanisms of phosphate by am-Zr/MgFe-LDH were investigated via X-ray diffraction (XRD), Fourier transform infrared (FTIR), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), and pH at the point of zero charge (pHPZC) analyses. It was suggested that the high phosphate adsorption capacity of the composite involves three main adsorption mechanisms, which are the electrostatic attraction, inner-sphere complexation, and anion exchange, where the amorphous zirconium (hydr)oxide on the surface of the layered double hydroxides likely increased the number of active binding sites and surface area for adsorption. This study provides insights into the design of am-Zr/MgFe- LDH for phosphorus removal and recovery in a practical system.

Cardiovascular diseases are the leading cause of mortality and disability worldwide. We have previously found that sphingosylphorsphorylcholine (SPC) is the key molecule leading to vasospasm. We have also identified the SPC/Src family protein tyrosine kinase Fyn/Rho-kinase (ROK) pathway as a novel signaling pathway for Ca^{2+}-sensitization of vascular smooth muscle (VSM) contraction. The present study aimed to investigate whether hesperetin can inhibit the SPC-induced contraction with little effect on 40 mM K^+-induced Ca^{2+}-dependent contraction and to elucidate the underlying mechanisms. Hesperetin significantly inhibited the SPC-induced contraction of porcine coronary artery smooth muscle strips with little effect on 40 mM K^+-induced contraction. Hesperetin blocked the SPC-induced translocation of Fyn and ROK from the cytosol to the membrane in human coronary artery smooth muscle cells (HCASMCs). SPC decreased the phosphorylation level of Fyn at Y531 in both VSMs and HCASMCs and increased the phosphorylation levels of Fyn at Y420, myosin phosphatase target subunit 1 (MYPT1) at T853 and myosin light chain (MLC) at S19 in both VSMs and HCASMCs, which were significantly suppressed by hesperetin. Our results indicate that hesperetin inhibits the SPC-induced contraction at least in part by suppressing the Fyn/ROK pathway, suggesting that hesperetin can be novel drug to prevent and treat vasospasm.

With the deterioration of bridges as social infrastructure, appropriate maintenance and life extension are required. However, aging degradation of individual bridges is not the same. Since traffic volume and bridge environment are different for each bridge, the degree of deterioration of the bridge is also different. Therefore, it is necessary to identify and eliminate the cause of individual deterioration and to take appropriate measures. This paper focuses on weathering steel bridge that the formation of dense rust is greatly influenced by the environment. The purpose of this study is to clarify the effect of anticorrosion by the environmental improvement which covers the whole steel girder with the metal sandwich panel for weathering steel bridge. Since the space in the girder covered with the metal sandwich panel cannot be expected to have the effect of washing by rainwater or drying and wetting by the flow of wind, the adoption of the metal sandwich panel for weatherproof steel bridge has not been judged until now. In this thesis, the corrosion behavior of weathering steel and the effectiveness of corrosion protection are shown by exposure test, and the corrosion protection effect of environmental improvement by metal sandwich panel is clarified. In addition, this study examines the economical advantages by the metal sandwich panel installation by calculating the life cycle cost. This paper consists of six chapters. Chapter 1 describes the background and purpose of this research. Chapter 2 summarizes previous studies on corrosion protection methods used in steel bridges. In Chapter 3, exposure tests were conducted inside and outside the metal sandwich panel and the following finding were obtained. 1) In the girder covered with the metal sandwich panel, fluctuation range of temperature and humidity is small throughout the year, and it does not follow the sudden weather change of outside of the panel. Since the difference between the temperature and dew point in the panel is large, the wet time in the panel is suppressed to 1/5 or less of the wet time of outside the panel. 2) At the structure which has thin floor slab and low height girder, the temperature rise in the panel may be unavoidable depending on season. However, since the humidity in the panel is low and the wet time is also greatly reduced, the anticorrosive effect can be expected in the steel bridge including the weathering steel bridge. 3) Amount of air born salt into the panel after the metal sandwich panel installation was not detected. In Chapter 4, a small test specimen was placed in the inside space of the steel girder, and the transition of corrosion, anticorrosion effect by environmental improvement and inner surface painting were examined. 1) The untreated steel and the uncoated steel in the ingrown rust region evaluated by the ion permeation resistance method are kept almost same condition after five years. 2) It is also conceivable that the initial salinity of the steel material subjected to the substrate adjustment by blasting exists even after the substrate adjustment, and that the adhering salinity penetrates into the inside of the steel plate at the time of rust formation. However, the increase rate of rust thickness due to aging is slow, and a method of installing a metal sandwich panel after blasting is also effective. 3) Although the effect of environmental isolation from outside the girder was confirmed, it became clear that it was difficult to completely suppress the progress of rust. Chapter 5 examined the economic effects of installing metal sandwich panels on new girders from the beginning and installing them on overbridges 50 years after the star of service. 1) If repainting is required even 1 time during the during the design service period of 100 years, the anticorrosion method by environmental improvement of the metal sandwich panel is economically superior. 2) Accumulating the cost of close visual inspection (for 50 years) of the overbridge that has been in service for 50 years increases the maintenance cost. Chapter 6 summarizes this research and describes future issues.

ダイアモンド・ブラックファン貧血 (Diamond–Blackfan anemia : DBA) は, リボゾーム蛋白異常によって生じる赤芽球癆で, 新生児期の貧血および一部で身体奇形を合併する. 臨床的特徴が多様で, 原因となるリボゾーム蛋白遺伝子も多数存在するため, 新生児期にDBAと確定診断し, 適切な治療を行うことが困難である. 本研究では, 全エクソーム解析 (whole-exome sequencing; WES) を用いて最終診断した3組の母子例について報告する. 貧血の重症度や治療反応性は各母子間で異なり, 低身長, 翼状頸, 母指球形成不全などの特徴的な身体奇形を認めた症例は, 母1名のみだった. この母はRPL11 (exon 2, c.58_59del) のフレームシフト変異があり, 子は一過性の新生児貧血を認めたがリボゾーム蛋白遺伝子の変異はなかった. 他の2組の母子では, それぞれRPS19 (exon 4, c.185G>A) のミスセンス変異とRPS7のスプライシング変異 (exon 3, c.76-1G>T) を同定した. それぞれの変異と別に, 貧血を来し得る遺伝子変異はなかった. 本研究は, WESがヒトリボゾーム病の迅速かつ正確な診断を得るために有用であることを示唆した.

The reduction of excessive discharge of phosphate into water bodies is a dominant theme to combat the critical eutrophication issue and requires the development of high-performance materials for effective phosphate treatment. In this study, rice straw was used as a raw material for the synthesis of biochar functionalized with layered double hydroxides (BC-LDHs) as efficacious phosphate adsorbents, and their successful synthesis was corroborated via characterization analysis. Experimental investigations, including pH, coexisting anion, reaction time, and initial phosphate concentration effects were systematically performed with selected BC-LDHs 6 and pure LDHs. An optimum pH of 3.0 was observed in both samples. Kinetic and isotherm studies indicated that phosphate adsorption on these samples was controlled by the pseudo-second-order model and the Freundlich model. Comparative kinetic tests also demonstrated that BC-LDHs 6 and pure LDHs reached the equilibrium within 24 h and 3 h, respectively. Nonetheless, the maximum adsorption capacity of the composite was 192 mg/g, which was higher than that of pure LDHs (166 mg/g). The coexistence of various anions negligibly affected the removal efficiency of the composite; however, fluoride was the most competitive anion for adsorption on pure LDHs. The adsorption mechanisms of the composite involved electrostatic interaction, inner-sphere complexation, pore diffusion, precipitation, and reconstruction. Furthermore, phosphate adsorbed on both materials could be easily recovered by 0.1 M NaOH solution owing to the displacement reaction between phosphate and hydroxyl ions. Additional evidence from reusability experiments exhibited that the composite could maintain its good adsorption performance even after three adsorption-desorption cycles. The transformation of BC-LDHs 6 after its usage in phosphate treatment (P-BC-LDHs 6) into a fertilizer was further explored by using seed germination and early growth assays of lettuce through a comparison with phosphate-loaded LDHs (P-LDHs). Lettuce seeds germinated in all P-BC-LDH 6 treatments showed undesirable growth characteristics compared with the controls, while total germination failure was observed under high concentrations of P-LDHs. In the latter experiments, the optimal application rates for plant growth were 2.5% for P-BC-LDHs 6 and 1.0% for P-LDHs. The considerably greater biomass development and length of lettuce were visible in samples delivered from P-BC-LDHs 6 compared to those from P-LDHs. The results obtained suggest that BC-LDHs 6 is a promising adsorbent for phosphate treatment and post-adsorption BC-LDHs 6 has the application potential to serve as a fertilizer for horticultural crop production.

Chromatography is considered as a key operation in the downstream process (DSP) of biopharmaceuticals, including proteins. Therapeutic proteins such as monoclonal antibodies (mAbs) with high economic values in the global market require immediate innovation in the purification step to adapt to the increased throughput from upstream. Authorities have also initiated changes toward a more modernized pharmaceutical manufacturing platform which is agile and flexible without extensive oversight. Instead of the conventional batch operation and empirical models, the design and application of in silico modeling and simulation for integrated multi-column processes to improve their performance in capture chromatography steps have been explored in the dissertation. Due to the fact that mechanistic models can reveal adsorption and mass transfer behaviors better in the chromatography compared to statistical models, mechanistic frameworks were applied in the study. Ion-exchange and protein A chromatography, the main categories of therapeutic protein chromatography were examined. With an example of oligonucleotides, the mass transfer phenomenon of biomolecules in different types of ion-exchange resins was explored by mechanistic models. The results demonstrate the effectiveness of modeling approaches to understand the chromatography process of biopharmaceuticals. By focusing on the DSP of mAbs, multi-column continuous chromatography was examined with IgG samples. The study covered the repeating batch to 4-column settings in the continuous periodic counter-current (PCC) chromatography, with development in modeling and simulation tools for process quantification and evaluation. Process performances including productivity, capacity utilization, and buffer consumption were investigated by simulations with the aim to increase productivities and lower buffer consumptions, which are the main bottleneck in the current DSP. The critical operation parameter, breakthrough percent (BT%) for column switching in PCC processes, requires the information from binding capacity, mass transfer, and non-loading operations. To obtain the optimal BT% under synchronized conditions, numerical solvers developed from mechanistic models were employed. It was found that over 20% improvement in buffer consumption and resin utilization can be observed in PCC processes while the same productivity as batch operation is maintained. Furthermore, regressive relations were developed for predictions of process performances and BT% based on the findings from PCC simulations. With high coherence in R2 over 0.95, the linear regression function can act as an accelerated method in the PCC process design. Finally, a new strategy of linear flow-velocity gradient (LFG) in the loading step was explored as a supplement to increase process efficiency. The method controls the total column capacity and the loaded amount as functions of time. Based on the relationship between the dynamic binding capacity and residence time, the gradient time of LFG was obtained. The optimal flow velocities and time gradients were examined by scanning through the range of applicable residence times. A case study of the 4-column PCC process is presented. By integrating a linear decreasing flow gradient in the PCC loading operation, the productivity has 1.4 times enhancement along with a 13% reduction in the cost of resin per amount of processed mAbs compared to constant flows. Undoubtedly, the next generation of DSP platform technology is directed toward continuous and integrated systems. Regarding the advantages in process performances and regulation perspectives, continuous manufacturing can advance development and manufacturing while assuring the product quality. The evolution in modeling and simulation enables faster development of in silico process prediction and evaluation. With the support from models, process design and optimization in chromatography can rise to the challenge.